1振动分选装置结构及工作原理
 

　　1.1复式花生脱壳机工作过程
 

　　复式花生脱壳机由机架、进料斗、一次脱壳滚筒与凹板筛、复脱滚筒与凹板筛、振动分选装置、去杂风机等组成。脱壳机工作时，花生荚果由进料斗进入一次脱壳仓，在脱壳滚筒作用下进行脱壳；脱壳后的花生果壳经去杂风机吹出，果仁及未脱荚果混合物落在振动分选装置上，在振动筛及一定风力作用下，在筛面上分层并形成双向运动，花生果仁由右端出料口出料，未脱荚果向分选装置尾部运动，并经气力提升装置进入复脱仓实现复脱(图1)。
 

　　1.2振动分选装置工作原理
 

　　振动分选装置由鱼鳞筛、振动臂、偏心驱振装置组成(图1)。荚果及果仁混合物落在鱼鳞筛上时，由于二者比重有差异，比重较大的花生果仁在风力与振动的作用下与鱼鳞筛保持接触，受到鱼鳞筛的推送沿筛面前行；反之比重较小的花生荚果在风力作用下未与筛面接触，在振动的作用下向筛尾运动。振动臂与垂直方向安装角度α影响物料在筛面上的抛掷高度(图2)，为实现花生较佳的运动状态，果仁需与鱼鳞筛筛面保持较好的接触，果仁在筛面受力情况应满足[9]：Gcosδ≥mω2Asinβ，式中，G为物料重力(N)；m为物料颗粒的质量(kg)；δ为筛面安装角(°)；ω为振动圆频率(s-1)；A为振幅(m)；β为激振角(°)。
 

　　1.3振动分选装置分选过程及影响因素分析
 

　　由图2可知，影响花生在筛面运动的主要参数有振幅(2r)、驱振频率f、振动臂与垂直方向倾角α。在花生脱壳机工作过程中，如振幅过小，将导致花生荚果及果仁在输送过程中不易分层，使花生荚果、果仁难以分开；反之，则会造成物料在筛片跳动过大，甚至跳出筛面，造成损失。如驱振频率选择不当，会导致花生荚果及果仁在输送过程中过快，分选效果差。
 

　　2材料与方法
 

　　2.1试验仪器设备
 

　　试验所需仪器设备见表1。
 

　　2.2试验原料
 

　　为考核振动分选装置分选特性，选用白沙花生品种的荚果及果仁混合物为原料。荚果尺寸范围集中在长20～45 cm、宽10～15 cm、厚10～15 mm，自然晒干后含水率为743%；果仁尺寸集中范围在12.6～16.8 mm、宽6～10 mm、厚8.1～10.3 mm。
 

　　2.3试验参数
 

　　以花生出料端含杂率R1和损失率R2为振动分选装置作业性能考核指标，每次试验重复3次，取平均值。计算公式为：R1=m2/(m1+m2+m3)；R2=m3/(m1+m2+m3)，式中，m1为出料端果仁净质量；m2为出料端荚果净质量；m3为振动过程中损失的荚果及果仁总质量。
 

　　2.4试验设计
 

　　将同一批花生荚果及果仁混合物在振动分选试验台，以振幅、频率、振动摆臂角度为试验因子，进行单因素分选试验，待物料在筛面上形成一定料层厚度后从出料端出料，稳态情况下取料15 s，对取料进行相应指标测试。运用中心组合设计理论，综合单因素试验结果，选取振幅A、频率B、振动摆臂角度C为影响因子进行二次回归正交试验，以含杂率R1、损失率R2为响应值进行响应面分析，按照方程xi=(zi-zi0)/Δzi对自变量真实值进行编码，式中，xi为自变量编码值，zi为自变量真实值，zi0为试验中心点处自变量的真实值，Δzi为自变量的变化步长。各因素自变量编码及水平[10-14]见表2。
 

　　3结果与分析
 

　　3.1单因素试验
 

　　3.1.1不同振幅对分选效果的影响振动筛频率设定为 480 Hz，振动臂与垂直方向夹角α设定在35°，分别在振幅为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 mm条件下，对复式花生脱壳机分选装置进行试验。由图3可见，花生输送装置含杂率与振幅呈现非线性关系，当振幅大于4.5 mm时，输送装置含杂率急剧上升，主要是由于振幅过大，造成筛面振动剧烈，花生荚果及果仁在筛面跳动明显，难以实现有效分层；振幅与损失率也呈非线性关系，主要是由于振幅越大，越易使花生荚果及果仁跳出筛面，从而造成损失。综合考虑含杂率、损失率等因素，振幅以3.0～5.0 mm为宜。
 

　　3.1.2不同振动频率对分选效果的影响振动筛振幅设定为3.5 mm，振动臂与垂直方向夹角设定在35°，在振动频率分别为480、490、500、510、520 Hz条件下，对复式花生脱壳机振动分选装置进行试验。由图4可见，花生输送装置含杂率与振动频率呈现非线性关系，当振动频率为500 Hz时，输送装置含杂率zui低，当大于500 Hz时，振动筛对物料输送过快，分选效果变差；损失率随振动频率增加而增加。综合考虑含杂率、损失率等因素，振动频率以480～520 Hz为宜。
 

　　3.1.3不同振动臂倾角α对分选效果的影响将振动筛振幅设定为3.5 mm，振动频率设定为480 Hz，在α分别为28°、30°、32°、34°、36°、38°、40°、42°条件下，分别对复式花生脱壳机分选装置进行试验。由图5可见，含杂率与α呈现非线性关系，在34°时含杂率zui低；损失率与α呈线性关系，随α增大，损失率逐渐增大。综合考虑含杂率、损失率等因素，振动臂角度α以30°～40°为宜。
 

　　3.2二次回归正交试验
 

　　3.2.1含杂率数学模型及方差分析采用逐步回归法对表3结果进行三元二次回归拟合，得到含杂率编码值简化回归方程为：R1=96.60-2.2-2.62B-0.13C-0.7B-02C-3.8A2-1.05B2-3.55C2，振幅、频率、振动臂倾角与
 

　　含杂率存在二次非线性关系。由方差分析结果(表4)可见，模型显著性检验F=25.27，P=0.0001，Quadratic回归方程检验达极显著，失拟检验不显著，这说明残差由随机误差引起；R2=0.972 4，拟合度>95%，这说明模型能反映响应值变化，试验误差小，可用含杂率数学模型对含杂率进行分析和预测；振幅、频率及振动臂倾角的交互项对含杂率影响较为显著。
 

　　3.2.2含杂率响应曲面分析响应面等高线形状可反映因子间交互效应强弱，椭圆形表示两因子交互作用显著，而圆形则与之相反。由图6至图8可见，振幅和频率、频率和倾角的交互作用显著，其他因素交互作用较小。由图6可见，当振动臂角度α一定时，降低振动频率和振幅可以降低含杂率。由图7可见，当振动频率一定时，随着振幅及振动臂倾角α增大，含杂减小后增大。由图8可见，当振幅一定时，随着频率的增加含杂率增加。
 

　　3.2.3损失率数学模型及方差分析对表4结果进行三元二次回归拟合，得到含杂率编码值简化回归方程为：
 

　　模型P值小于0.000 1，Quadratic回归方程检验达到极显著，失拟检验为不显著，残差由随机误差引起；R2=0.979 5，拟合度>95%，模型能够反映响应值变化，试验误差小，可以对损失率进行分析和预测；振幅、频率及振动臂倾角的交互项对损失率影响较为显著。
 

　　3.2.4损失率的响应曲面分析由图9至图11可见，振幅和频率、频率和倾角α的交互作用对损失率影响明显，其他交互作用影响不显著，这与其数学模型表达式相符；在一定试验范围内，当其中1个因子保持在一定值时，损失率随其他2个因子的增大而先增大后减小。
 

　　4参数优化
 

　　由含杂率和损失率2个目标参数响应面分析可知 降低振动频率虽可降低损失率，但含杂率存在先降后增的现象；增加振动臂倾角α虽可降低损失率，但却导致含杂率升高。因此，对2个目标函数进行多目标优化，探析同时满足这2个目标函数的*参数组合，目标函数为[15-17]：
 

　　5验证试验
 

　　将脱壳设备设置为振幅3.8 mm、振动频率485 Hz、振动臂角度35°，进行3次验证试验。由表6可见 含杂率相对误差为4.83%，损失率相对误差为3.23%，与理论值相差较小，这说明优化脱壳机振动分选装置运动参数是切实可行的。